以舊換新，怎樣輕松改造LED驅動(dòng)器

　　LED照明是一項近乎主流的技術(shù)。換代規格的LED燈使物業(yè)管理人員和業(yè)主利用傳統的電力基礎設施即可享受LED的較長(cháng)工作壽命和節能特性。這些環(huán)境中已安裝局域網(wǎng)(LAN)，以太網(wǎng)供電(PoE)技術(shù)提供了前所未有的動(dòng)態(tài)監測和控制每個(gè)LED燈以及智能LED照明/傳感器集中器的能力。

　　在2015年及之后時(shí)期，LED必將推動(dòng)照明系統的設計

　　發(fā)光二極管(LED)是一種通過(guò)電流時(shí)會(huì )發(fā)光的半導體器件。LED的應用優(yōu)勢在不斷發(fā)展和成熟，使其成為越來(lái)越多傳統及新照明應用的首選。

　　LED的優(yōu)勢包括更長(cháng)的工作壽命、更高的能效(流明/瓦)以及小巧的外形尺寸。例如，LED燈的工作壽命為50，000小時(shí)，遠遠超出白熾燈1，000至2，000小時(shí)的典型工作壽命，以及緊湊型熒光燈(CFL) 5，000至10，000小時(shí)的壽命。所以，LED非常適合眾多商業(yè)和工業(yè)應用，這些行業(yè)都要求節能，并且接觸/安全風(fēng)險和高人工成本都不利于更換照明燈。10W LED燈的發(fā)光亮度相當于大約60W白熾燈，這使得LED燈的使用和維護成本低得多。LED可用于傳統燈具，例如MR16;可理想用于更換這些燈座，提供較長(cháng)時(shí)間及較高能效的照明。

　　LED發(fā)光的波長(cháng)或顏色依賴(lài)于LED構造中所用的材料。使用合適的驅動(dòng)器，LED則具有更大的設計靈活性，便于調光和更改發(fā)光顏色。與合適的控制器及傳感器配合使用時(shí)，可根據環(huán)境中條件的變化調節發(fā)光量和顏色。這種能力使其可理想用于室內照明以及可調光路燈和室外照明等應用，根據環(huán)境光變化改變其亮度。LED調光節省的電能大約為1：1，所以將LED調光至50%將節省大約50%的電能。

　　設計者不斷將LED應用于日益增長(cháng)的各種照明應用。我們討論兩種場(chǎng)景下的LED應用。設計者在傳統規格燈具中使用LED模塊，例如MR16，LED必須與已有的電力基礎設施配合工作，發(fā)揮LED燈的優(yōu)勢。相比之下，以太網(wǎng)供電(PoE) LED照明網(wǎng)絡(luò )則采用較新或并聯(lián)的電力基礎設施。在討論這些應用空間之前，我們簡(jiǎn)要回顧一下LED驅動(dòng)器。

　　圖1：LED驅動(dòng)器將輸入電壓轉換為L(cháng)ED要求的電平

　　LED驅動(dòng)器

　　LED驅動(dòng)器為低壓元件，將輸入電壓，例如120V、220V或277V，轉換為L(cháng)ED要求的低壓。這些驅動(dòng)器也解析控制信號，調暗、調亮以及更改發(fā)光顏色(圖1)。LED驅動(dòng)器可采用恒流(例如350mA、700mA或1050mA)或恒壓(通常為12V或24V)配置。這兩種類(lèi)型的驅動(dòng)器不可互相交換。燈具制造商選擇驅動(dòng)器類(lèi)型和配置，以匹配燈具中所用LED模塊的電氣要求。本文中我們以恒流驅動(dòng)器為例進(jìn)行討論。

　　恒流驅動(dòng)器支持脈寬調制(PWM)和恒流調光(CCR)法，在LED調光時(shí)調節輸出電流。LED應用要求電流恒定，以確保輸入電壓波動(dòng)時(shí)LED燈輸出保持不變。LED驅動(dòng)器不僅驅動(dòng)高端和低端照明，也負責連續或步進(jìn)調光。設計者根據大量應用要求的各種組合將驅動(dòng)與LED進(jìn)行匹配，包括驅動(dòng)的LED數量、電源類(lèi)型以及LED的功能特性。匹配或實(shí)現不好的LED驅動(dòng)器實(shí)際上會(huì )縮短照明燈的工作壽命，引起不可預期的照明問(wèn)題，例如閃變。

　　如果LED發(fā)光的幅度和/或頻率被周期性調制或波動(dòng)(不可預期)，人眼會(huì )感測到。如果輸入電流快速變化造成LED燈輸出發(fā)生快速變化，LED就容易發(fā)生閃爍。引起閃爍的原因有很多，包括電源噪聲、控制噪聲、元件容限以及LED驅動(dòng)器電路設計問(wèn)題。

　　好的LED驅動(dòng)器設計應考慮所有的內部和外部因素，為L(cháng)ED提供恒定、無(wú)振蕩電流，實(shí)現無(wú)閃爍調光。

　　翻新改造

　　LED的較長(cháng)壽命和較高效率使其可理想用于代替其它照明技術(shù)，尤其是白熾燈和鹵素燈。將LED用于已有照明基礎設施時(shí)，主要面臨兩項挑戰。首先，更換的照明燈必須符合傳統光源的外形尺寸;其次，必須在已有電氣基礎設施環(huán)境下無(wú)閃爍地正確工作。

　　將LED安裝至現有外形尺寸，例如MR16 (圖2)，不僅限制了驅動(dòng)器電路板的尺寸，而且也要考慮設計本身的散熱問(wèn)題。

　　圖2：MR16規格燈具被改造為L(cháng)ED版本

　　由于LED僅發(fā)射可見(jiàn)光，所以熱傳導散熱高于白熾燈或鹵素燈。散熱也是限制照明燈產(chǎn)生發(fā)光量的因素之一。當今換代燈采用的LED技術(shù)幾乎達不到主流市場(chǎng)可接受的亮度水平。提高亮度限值，以及隨之而來(lái)的散熱設計，對于設計一款商業(yè)上成功的產(chǎn)品是必不可少的。散熱的一個(gè)必然結果就是影響驅動(dòng)板的使用壽命。為發(fā)射更多的光，照明燈就必須工作在相對較高的溫度下(+80°C至+100°C)。在這種溫度環(huán)境下，容易受高溫影響的驅動(dòng)器電路板會(huì )限制整個(gè)LED燈的工作壽命。

　　為了能夠在現有電氣規格下正確工作，換代LED燈必須能夠配合基礎設施正確工作，包括切角(三端雙向可控硅/前沿或后沿)調光器和磁性或電子式變壓器。每種基礎設施都存在自身的技術(shù)問(wèn)題。

　　對于鹵素燈，由于耗流足夠高，能夠保證調光器保持導通，所以調光器工作得很好。然而，LED換代燈則不能支持可控硅調光器很好地工作，因為它既不能提供所需的啟動(dòng)電流又不能提供保持電流。造成的結果就是調光器不能正常啟動(dòng)或在工作時(shí)關(guān)閉，LED燈產(chǎn)生閃爍現象。

　　電子式變壓器具有其自身的設計注意事項：要求負載為電阻性，但LED MR16燈不是電阻負載。因此，需要改變負載特性，防止電子變壓器關(guān)斷。LED MR16燈設計中的一項最大障礙是開(kāi)發(fā)無(wú)閃爍調光并兼容電子變壓器的照明燈。電子變壓器遠小于傳統磁性變壓器，當LED燈所需的電流較低時(shí)，是一項艱巨的設計問(wèn)題。較低的LED電流造成大多數LED燈不能與電子式變壓器配合工作。調光器會(huì )進(jìn)一步減小電流，加劇了這一困難。

　　Maxim的MAX16840 LED驅動(dòng)器采用擁有專(zhuān)利的固定頻率、平均電流模式控制方法，解決了這一問(wèn)題，并且也兼容絕大多數電子變壓器和后沿調光器。